基于情境的高中化学习题设计

严文法 张瑶 马圆

关键词：情境;高中化学习题设计;必修教材;化学教学

1问题提出

落实立德树人根本任务，发展学生的化学学科核心素养需要培养学生以学科知识为工具解决真实情境下实际问题的能力。《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称“新课标”）中指出：化学专业水平考试命题框架必须坚持以化学学科核心素养为导向，准确把握“素養”“情境”“问题”“知识”四个要素在命题中的定位与相互关系，建构以化学学科核心素养为导向的命题框架（如图1所示），强调要“以真实情境为测试载体”。

新课标建议教材要重视化学习题设计的创新，发挥习题在学生概念建构、知识迁移、问题解决等多方面的作用，强调习题设计应具有情境性，应以学生已有的经验为基础，创设生动合理的问题情境，提高学生运用化学知识解决实际问题的能力。

习题是教材的重要组成部分，在完成习题的过程中，可以训练学生的解题技巧，促进学生理解、运用和迁移课堂中所学习的化学学科知识，建立知识网络图，有助于培养和发展学生的化学学科核心素养。教材中的习题一般难度不大，但却是巩固、诊断和评价学生知识与技能掌握以及科学思维能力发展的重要方式。学生在解答习题的过程中总是从阅读和理解习题情境开始，从情境中领悟习题中问题的背景、类型以及解决问题的条件等。可见，对习题情境的理解是解题的关键。因此，本文基于新人教版高中化学必修教材中的习题情境，探索如何选择和创设情境素材，并应用情境素材来设计习题。

2情境化习题的价值

2.1拓宽学生的认知

与去情境化习题相比，情境化习题在提问之前会呈现一段资料，交代问题的背景信息。情境素材来源广泛，通常是脱离教材的来自化学史、生活现象或工业生产等不同的领域。新颖的情境素材，特别是与学生实际生活或科技前沿相关的情境素材，对学生有较大的吸引力。在完成习题之后，既能加深学生对知识的理解，也会使学生对一些具有实用价值的新材料和新技术、传统文化和工艺或者医药、食品和环境问题等产生浓厚的兴趣。所以应用情境化习题，有助于拓宽学生的认知，丰富学生的科学视野。

2.2加强理论知识与实践的联系

在完成学习任务之后，通常要求学生识记并应用相关理论知识，但机械的记忆让学生认为化学知识枯燥无趣，而去情境化习题又容易让学生认为化学知识与生产生活相隔离。而情境化习题刚好可以弥补这一点，在情境素材中设计与社会生活、工业生产相关的内容，可以帮助学生建立化学理论知识与生产生活之间的联系，使抽象的知识具体化，促使学生认识到化学对推动经济发展、生存环境的改善以及科技进步的价值。

2.3提高学生解决问题能力

情境化习题的价值不仅在于考查学生对知识的记忆和理解情况，更重要的是基于真实问题情境发展学生应用所学知识解决实际问题的能力。在情境化习题中通常会设计解决真实问题的题目，比如工业流程题中尾气的回收和处理、实验探究题中提高物质产率以及有机推断题中设计物质的制备方案等。对于具有一定开放性的探究性习题，可以让学生在完成习题的过程中，学会分析情境素材，并基于所学化学知识、研究方法和思维方式解决实际问题，以此提高学生的问题解决能力，从而感受到化学学科的独特价值。

2.4培养学生正确的价值观念

科学技术的发展与应用对人们日常生活产生了巨大的影响，也出现了一些具有社会争议性的科学问题。情境化习题通常会设计一些与医药、环境、农药、能源等相关的社会热点问题，相关情境素材的运用能让学生对热点问题产生一个客观的认识，进一步了解到现代科技虽然发展迅速，但是由于科学技术和材料的不合理使用，对人类生存环境、健康以及未来发展产生了很多消极的影响。在习题中融入与社会现实事件有关的情境素材，能潜移默化地影响学生，有助于学生树立可持续发展和绿色化学的观念，愿意为创造美好新时代而努力，进而培养学生正确的价值观念。

3习题情境的选择和创设

3.1可选择的情境素材类型

化学作为一门基础的自然学科，与食品、医药、环境、能源以及自然现象等领域都有密切的联系，所以编制习题时可选择的素材非常多。不同学者按照不同的分类标准将试题情境分成不同的类型，如龚伟等按照试题情境的来源将化学试题情境分为“社会与生活”“化学学科知识”“科学技术（含科学史）”“学习方法”“跨学科知识”等类型;陆军选择新课标中的高频词语，将化学试题情境分为STSE、学科知识、科学实验、化工生产等几种主要类型;武衍杰等将化学试题情境分为学科知识、社会生活、化学实验和学术前沿这四种类型。其中“学习方法”“跨学科知识”和“化学学科知识”属于学科本体知识，在本文中不被纳入情境素材的考虑范畴，而“STSE”和“化工生产”有相似的部分。本文综合已有研究，将可选择的习题情境素材划分为以下三种类型，供命题者在遴选素材时参考。

3.1.1化学史情境素材

化学史记录了化学家们认识物质、探索规律以及运用实验验证的过程，以化学史为载体设计化学问题，能够发展学生从化学史中获取信息并利用信息来解决实际问题的能力。化学史料类型丰富，比如物质发现史、理论发展史以及我国古代科学技术发展中的化学史实等都可以纳入习题素材的选择范围。在新人教版必修教材的习题中就设计了我国古代科技发展史，如黑火药的爆炸原理、火法炼锌的工艺原理、“曾青得铁则化为铜”的工艺记载等，学生在完成基于化学史的情境化习题中，既理解了其中蕴含的化学知识，也加深了对我国古代科学技术的认识，有助于增强学生的自豪感和爱国之情。

3.1.2化学实验情境素材

化学是一门以实验为基础的学科，化学实验是人们认识世界、改造世界的重要途径，也是学生学习化学知识、进行科学探究、培养科学兴趣的重要方式。化学学科中可供选择的实验非常多，比如物质的制备实验、性质验证实验以及数据测量实验等都可以作为实验素材，而且依据不同的实验可以考查不同方面的知识，设问类型也十分丰富。新人教版教材设计了较多基于化学实验的情境化习题，例如探究Na2c03性质的实验、浓硫酸与木炭反应的实验、利用数字化实验设备探究镁与不同浓度盐酸反应速率的实验等。教材习题中设计的实验情境与该章节所学的知识密切相关，主要是将学生容易忽视或不理解的知识融入其中启发学生思考，加深学生对知识的理解，并且引导学生运用所学知识与方法去探索和验证化学变化的规律，培养学生分析信息、证据推理、解释预测的能力，进而提高学生的科学探究意识。

3.1.3真实应用型情境素材

化学与日常生活息息相关，衣食住行都离不开化学知识，通过创设真实而富有意义的生活情境，能够让学生感受到化学学科的重要性及其独特的学科魅力，所以在命制习题时，可以选择一些基于真实应用的情境素材。新人教版化学必修教材的习题中设计了大量的真实应用型情境素材，例如食品包装袋中的干燥剂、工业制氨、城鎮的生产和生活区对水样进行抽样调查等生活情境。基于真实应用的情境化习题能够让学生从已有的社会生活经验出发，将课堂中所学的理论知识转化为认识事物和解决问题的工具，从中体会到化学对日常生活和社会发展的重要价值，并能够学会从化学的角度看待和解决社会生产生活中的问题，提高对化学学习的兴趣。

3.2情境素材的创设

情境化试题的三要素是立意、情境和设问，其中立意是试题考查的知识，体现在试题情境和设问当中，设问是建立在试题情境的基础之上的，所以情境素材的筛选和创设是命制情境化试题的关键步骤。化学是非常贴近生活、工业生产和科学技术的一门实验学科，我们身边的现象、环境、医药、能源、材料和传统工艺等都可以纳入习题素材的选择范围，在确定我们要考查的知识点之后，面对如此丰富的化学情境资料，我们可以按照如图2所示的创设思路从不同类型的情境素材中筛选出符合条件的情境素材，对其进行表达并应用到习题中。

3.2.1情境素材资料的筛选

情境素材资料来源丰富，但并不是所有的资料都可以应用到习题中，在筛选资料时需要综合考虑情境素材的真实性、新颖性和适切性，择优筛选出符合考查知识的情境资料。

首先，素材要具有真实性。新课标指出：应充分发挥习题在促进学生化学学科核心素养发展方面的作用，真实而富有价值的问题情境是发展与考查学生化学学科核心素养的重要载体与路径。基于真实情境的习题，是培养学生化学学科核心素养的重要手段，所以要选择如自然现象、工业生产、化学实验、我国传统文化和工艺技术等具有真实性的情境素材。以真实情境素材为背景命制习题，既能提高学生的学习兴趣，又能更加贴近学生的生活，有利于减轻学生的认知负担。

其次，素材内容要具有新颖性。化学是研究物质组成、结构、性质及变化规律的一门自然科学，其特征是合成新分子、创造新物质以及发现新规律等。在化学科研领域，知识、技术和理论会不断地被更新，若将这些最新发现应用于习题设计中，有助于学生提高学习兴趣、拓宽科学认知、体会国际科研发展的社会价值。具有新颖性的资料可从学术期刊、专利文献、硕博论文中去筛选，尤其选择我国科学家的最新研究结果，利用此类素材命制习题，有利于增进学生对化学前沿发展的了解，也能让学生在理解我国重大科研成果的过程中增强民族自豪感和爱国热情。

其三，素材内容要具有适切性。在选择情境素材时，也不能一味地追求创新而忽视学生已有的认知基础，如果选择的情境素材过于复杂，情境素材的认知要求超出了学生已有认知基础，可能会使学生对情境的理解产生认知模糊，导致非结构性的应答障碍。因此，命制习题选择的情境素材既要与所考查的知识密切相关，也要与学生的认知发展水平相符合。

3.2.2情境素材内容的表达

在筛选出可以利用的资料之后，不宜直接将原始材料完整呈现，命题者需要依据考查内容对原始材料进行适当的分析、筛选和加工，将其设计成可以进一步加以利用的情境素材。对于情境素材的表达，最基本的要求是保证情境素材的清晰度，需要准确无误、逻辑清晰地呈现情境内容，这样才能为学生理解题意起到正确的引导作用，避免因情境含糊不清导致学生在解题过程中出现理解上的歧义。在创设情境素材时要关注素材的难度，一套试卷或习题要设计不同难度梯度的问题，在巩固学生知识的基础上能够进一步评价学生的知识水平。命题者即使面对同一命题资料，在设计不同难度的习题时，也要根据习题考查内容选择不同复杂度的情境素材，以便考查学生的知识水平。此外，在创设情境素材时，我们还要考虑素材的目的性，情境化习题除了考查学生的基础知识，可能还需借助情境化习题来承载其他功能，比如拓宽学生的化学视野、培养学生的核心素养以及发展学生分析资料、获取和加工信息的能力等。针对不同的目的，需要有工业流程图、实验数据的表格、描述性文字、物质微观模型图等不同的呈现情境素材的形式。因此，在创设情境素材时，要关注上述真实性、新颖性和适切性三个方面，综合考虑问题的难度和目标，清晰准确地创设问题情境。

4习题情境的应用

通过分析教材中的情境素材，寻找和发现教材情境化习题中的情境素材与习题问题本身存在着的不同程度的关联性。如一部分习题虽然融入了情境信息，但情境素材只提供了背景性信息;另一部分习题的问题设置与情境素材中的信息联系紧密，需要学生联系情境素材进行思考推理才能完成习题;还有一部分习题则需要学生学习并利用情境素材中的化学知识才能够解答问题。本文按照关联程度由小到大将情境化习题分成情境背景型、情境结合型和情境迁移型三种类型。命题者可以参考这三种情境化习题类型，从这三个不同方面来应用情境素材并从中挖掘问题，建立习题情境与问题之间的联系，进行情境素材的应用。

4.1情境素材作为背景信息

在习题设计时，命题者若只想考查学生对某一知识点的记忆和理解情况，在应用情境素材设置问题时，可以将情境素材设计成背景信息，立足于素材中某一物质、反应或现象进行设问。比如在习题素材中介绍了我国传统工艺中的酒文化，而设问是考查乙醇的结构，尽管问题本身与情境素材的关联度不大，即便将情境素材从题干中抽离，学生仍然能够作答，而在解题过程中即便不用分析情境素材，学生也能直接依据所学知识解答问题，但情境素材却可以丰富学生对酒文化的了解。这种类型情境素材的作用在于给习题提供背景信息，有助于学生拓宽知识视野，并为后续化学知识的学习奠定基础，如例1所示。

这道习题选自必修第一册第一章第一节物质分类与转化的“练习与应用”第1题。该题以燃料电池相关知识为背景，考查学生对物质分类相关知识的理解，习题情境与习题考查的知识关联度低，解答该题仅需要学生明确什么是酸、碱、盐、单质、混合物、有机物以及同素异形体等知识。但是对于高一的学生而言，此前未学习过燃料电池的相关知识，所以燃料电池的设计增加了习题的阅读性，拓宽了学生的知识视野，为后面原电池相关知识的学习奠定一定的基础。

4.2将情境素材进行融合应用

第二类应用情境素材的方式是以情境素材为载体设计问题，将要考查的知识融入到情境信息中，依据情境素材的内容进行设问，此类情境素材应用方式经常出现在实验探究题、工业流程题和有机推断题中。以实验探究题为例，在题干中呈现实验数据、现象和反应原料等，设问将要求学生书写反应的方程式、计算产率以及解释反应现象等，学生在解题过程中需要依据情境素材分析获取关键信息，将其与所学知识结合并推导即可得出答案。这种应用方式使情境素材与问题解决之间的关联度较大，同时也增大了习题的难度，可以培养学生分析、整合、加工信息的能力，如例2所示。

例2某化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验。实验结果记录如下表：

根据上表中记录的实验数据，回答下列问题。

（1）实验1、2中AI电极的作用是否相同？

（2）实验3中铝为

极，电极反应式为2A1-6e=2AI”;石墨为______极，电极反应式为6H+6e=3H2;电池总反应式为______。

（3）根据以上实验结果，在原电池中相对活泼的金属作正极还是作负极受到哪些因素的影响？

这道习题选自必修第二册第六章的“复习与提高”第6题（p54）。该题以不同组原电池的实验结果为情境素材，在题干中呈现电极材料、电解质溶液以及电流表指针偏转方向，据此设问，考查学生对不同原电池中铝电极作用的理解。在解决习题的过程中，学生首先需要阅读题干信息，依据题干信息分析不同组的原电池，并结合本章节所学原电池的相关知识，进一步推导得出答案。

4.3将情境素材进行迁移应用

在应用情境素材编制试题的过程中，为了评价不同学生的能力水平，可适当选择一些涵盖化学原理、规律或者概念等的比较复杂和新颖的情境素材，学生对这些情境不了解或者只是略知一二，将这类超出学生已有认知水平的情境素材融人问题中，可以增加习题的难度和挑战性。运用情境素材进行设问，通常在问题中还会呈现一个新的情境，在解题过程中需要学生学习、利用并内化习题中情境素材，并将其灵活迁移运用到新的场景中方可得出答案。此类情境素材与问题解决的关联度更大，在習题中按照这样的方式来应用情境素材可以提升习题的难度，且有利于促进学生科学思维的发展，如例3所示。

例3 Si02是一种酸性氧化物，能与强碱反应。例如，Si02与Na0H反应可生成Na2Si03。Na2Si03的水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，可以用作黏合剂和防火剂。实验室盛放碱溶液的试剂瓶应使用橡胶塞，而不用玻璃塞。请解释原因，并写出相关反应的化学方程式。

这道习题选自必修第二册第五章第三节无机非金属材料的“练习与应用”第9题（p25）。在该章节的正文知识中，并没有对Si02与强碱反应相关知识的介绍，命题者直接将该情境素材作为已知条件呈现出来，学生在完成练习题的过程中，需要对题干中所给出的新知识进行理解，加以内化，明确Si02与Na0H反应可生成Na2Si03。将其运用于新的问题情境中，从而明晰实验室盛放碱溶液的试剂瓶应使用橡胶塞的原因。